风光互补发电在河套地区的应用分析

樊刚强 张晓菊 贾福荣 内蒙古河套学院机电工程系



风光互补发电在河套地区的应用分析

樊刚强 张晓菊 贾福荣 内蒙古河套学院机电工程系

河套学院科研项目：HTXYZY13011

【文章摘要】

【关键词】

风能；太阳能；可再生能源；风光互补发电

引言

能源是人类生存和发展的基础，在当今快速发展的情况下，人类对能源需求不断攀升，现主要的支柱能源是石油、煤炭、天然气等不可再生的资源，但由于大量开采，使得储量越来越少，正面临资源枯竭、价格飞涨的现状。作为现代社会发展不可替代的二次能源——电能，具有转换和输送方便的优点，使得应用越来越广泛。其中绿色电能从环境保护和可持续发展出发，受到了全世界的关注，主要有风能、太阳能、水电、潮汐和其他可再生能源等。

内蒙古河套地区的风能和太阳能资源十分丰富，由于内蒙古农牧民居住特点较为分散，所以利用率较高，在偏远的农牧区还未覆盖电网，在生产和生活用电方面大多使用风力发电设备或是太阳能发电设备，风能作为一种清洁的、储量极为丰富的可再生能源，具有丰富、区域面积大、分布范围广、连续性好、稳定度高的风能品位。因此可以说是一种取之不尽、用之不竭的能源。这非常有利于在农牧区进行推广使用。

河套地区居住比较偏僻的农牧区由于风力发电设备和太阳能发电设备的价格比较昂贵，普及率不高，目前一般农牧民还在使用小功率的发电设备，仅仅能满足生产和生活上的基本用电需求，没有成型的风光互补发电系统。风光互补发电可以根据不同的天气情况进行发电互补，有效解决了因天气原因造成的电力不充足问题，提高了农牧民的用电质量。

1.风光互补发电系统应用分析

1.1河套地区风光互补的特点分析

河套地区地处内蒙古中西部，在时间和季节上都有很强的互补性，从时间上考虑：白天光照好而风较小，晚上无光照而风较强；从季节考虑：夏季太阳光照强而风小，冬季太阳光照弱而风大。这种风光互补的特点使其在资源上产生了最佳的匹配。另外，风力发电和光伏发电系统在蓄电池和逆变器上也是可通用的。风光互补发电系统可根据用户的综合用电负荷和自然资源条件进行最佳的合理配置，既可保证系统的可靠性，又能降低发电成本，满足用户的综合用电需求。

（1）风力发电

风力发电装置包括并网运行和独立运行两种方式。独立行运时由于风能的不稳定性，又没有储能或其它发电装置的配合，风力发电无法提供出可靠而稳定的电能。为解决上述问题，一是利用蓄电池储能来稳定风力发电机的电能输出，另一个是风力发电机与光伏或柴油发电等互补运行。

独立运行风力发电系统结构组成如图1所示。主要部件包括。

①风力发电机组：由风力机、发电机和控制部件等组成的发电系统（简称风电机组）。

②蓄电池组：由若干台蓄电池经串联组成的储存电能的装置。

③控制器：系统控制装置。主要功能是对蓄电池进行充电控制和过放电保护，同时对系统输入输出功率起着调节与分配作用，以及系统赋予的其它监控功能。

④逆变器：将直流电转换为交流电的电力电子设备。

⑤交（直）流负载：以交（直）流电为动力的装置或设备。

（2）太阳能发电

太阳能发电光热发电和光伏发电两种。其中光伏发电应用较多，主要集中在新材料、新工艺、新设计等方面。制作太阳能电池的材料主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅以及其它新型化合物半导体材料。许多国家在太阳能电池研制方面都取得了实质性的进展，但由于现有理论的局限，要取得进一步的技术突破，还要走一段摸索的道路。光伏发电的关键技术是应用新的原理，研究新型材料，充分提高电池的转换效率和降低他的成本。目前，在世界上已建成多个兆瓦级的联网光伏电站，总装机容量约1000MW。我国太阳能电池技术是在借鉴国外技术的基础上发展起来的，进行了大量的实验研究，现已取得了很大的进展。我国已建成的容量最大的光伏电站是100KW的西藏安多电站。

光伏发电系统结构如图2所示。其主要部件包括：太阳能电池、蓄电池组、控制器、逆变器、交（直）流负载。

图1　风力发电系统示意图

图2　太阳能发电系统示意图

1.2风光互补发电系统在河套地区的应用现状

在20世纪80年代就已经提出了风光互补的发展理念，虽然河套地区引入较晚，但因地方政策的支持，发展却较快。要提高偏远地区的农牧民的生活质量，就要利用自然资源，大力发展风光互补发电系统，争取覆盖率达到100%。

2.风光互补发电系统的构成和特点

风光互补发电系统解决了风能发电和光伏发电的缺陷，应用前景非常广阔，风光互补发电系统的基本构成主要由太阳能光电板、小型风力发电机组、系统蓄电池组、控制器和逆变器等几部分组成，其中，太阳能发电和风力发电都可以利用蓄电池储电，输出直流电源通过逆变器转变为交流电，向负载提供稳定的电能，满足用户的需求。

2.1发电系统

风光互补发电系统包括独立运行的风电系统和光电系统。风电系统是借助小型风力发电机，将风能转换成电能，再通过控制器对蓄电池进行充电，最后通过逆变器对综合用电负荷供电。该系统的优点是系统有功功率较高，造价和维护运行成本低；缺点是小型的风力发电机可靠性较低。光电系统是利用光电极板将吸收的太阳能转换成电能，再通过控制器对蓄电池充电，最后通过逆变器对综合用电负荷供电。该系统的优点是供电可靠性较高，运行维护成本低；缺点是系统造价较高。另外，风电和光电系统都存在一个共同的缺点，就是能源的不稳定导致发电与综合用电负荷的不平衡，风电和光电系统都必须要利用蓄电池储能设备供电，但每天的发电量受时间、天气和季节的影响很大，会导致蓄电池组长期处于亏电状态。而风光互补发电系统弥补了风电和光电系统在能源上的缺陷，同时，风电和光电系统在蓄电池组和逆变环节是可以通用的，可有效降低风光互补发电系统的造价，提高发电系统的可靠性。

2.2蓄电池控制器

蓄电池控制器的基本功能主要用于防止蓄电池被太阳能电池方阵过充电和被负载过放电。太阳能充放电控制器是太阳能光伏电站的控制核心，其可靠性直接影响到整个太阳能发电系统。一个好的控制器能够有效地防止蓄电池过充电和深度放电，并使其使用达到最佳状态。在实际应用过程中它发生故障的机率较高。在选择时，首先，额定电压根据蓄电池组的额定电压确定，额定电流根据太阳能方阵每路输入电流确定，额定电流必须大于各路输入的总电流。其次，参数根据蓄电池生产厂提供的参数，对控制器原有的出厂设定必须进行相应的修改调整，以满足不同厂的蓄电池性能要求，使其运行在最佳状态。

2.3逆变器

逆变器是根据用户负载电源类型的不同，通过逆变器将直流电转换为交流电的设备，可以满足不同用户的需求。逆变器是风光互补发电系统的核心部件之一，系统对其具有很高的要求，同时逆变器还具有自动稳压的功能，可有效地改善风光互补发电系统的供电质量。

3.河套地区风光互补发电系统的发展方向

风光互补发电系统目前在河套地区的应用范围有限，但是随着河套地区风能和太阳能等环保可再生能源利用的加大，风光互补发电系统将显现出明显的优势和益处。针对电网暂时覆盖不到的农牧区边远地区，要通过政策的相关扶持加快推进风光互补发电系统，解决偏远地区农牧民生产和生活上的难题，进一步提高河套地区的电能质量，更好的促进边远地区的发展。

【参考文献】

［1］杨峻凯.风光互补发电系统在边远地区的应用研究［J］.能源·电力，2014，06

［2］苏龙嘎.锡盟地区户用风光互补发电系统的推广实效分析［J］.农村牧区机械化，2013（5）

［3］李涛，孙韵琳，杜晓荣.风光互补发电系统应用分析［J］.青海师范大学学报（自然科学版），2011，03

［4］江明颖，鲁宝春，姜丕杰.风光互补发电系统研究综述［J］电气传动自动化，2013，35（6）:11～13.

风能和太阳能是绿色、环保的可再生能源，取之不尽，用之不竭。通过对河套地区地形特点的分析，提出风光互补发电已成为新能源发展的趋势。风光互补发电系统就是将发电机组和光伏发电组合起来构成的发电系统，主要由发电系统、蓄电池控制器、逆变器等部分组成。阐述了风光互补发电系统的构成及其各部分特点，提出了河套地区风光互补发电系统的发展方向。

【作者简介】

樊刚强（1984— ），硕士，男，讲师，主要研究机械设计、水净化设备等。